高压锅炉水泵机械密封失效原因分析及对策.pdf

Large Scale Nitrogenous Fertilizer Industry2023 年 6 月第 46 卷第 3 期Jun.2023Vol.46 No.3高压锅炉水泵机械密封运行的安全性、可靠性，必须依靠工作环境、工况条件等诸多要素形成一套完善的体系，其主要由密封本体和辅助系统所构成，密封本体为运行介质起保护功能，而辅助系统则为密封件创造了良好的运行条件，并确保了密封件在良好运行环境下的顺利工作。1高压锅炉水泵参数某煤化工净化装置低压除氧系统的锅炉水经高压锅炉水泵增压后汇入管网，为各用户提供所需要的高温高压锅炉水。高压锅炉水泵为电机驱动方式，泵壳结构为双侧支撑、径向剖分，筒体采用整体铸造结构，叶轮串联式安装，共 9 级；该泵的进、出管口均位于壳体顶部，其中驱动端上法兰为进口端，非驱动端上法兰为出口端。高压锅炉水泵主要性能参数见表 1。表 1高压锅炉水泵主要性能参数项目参数泵制造厂大连深蓝泵业有限公司泵型号DCS45-8010-G转速 （rmin-1）2980轴功率 kW159.1入口额定流量 （m3h-1）42.9入口温度 132入口压力 MPa0.358出口压力 MPa7.4密封形式机械密封密封制造厂家丹东克隆集团有限责任公司密封型号C8B-75 TP高压锅炉水泵机械密封失效原因分析及对策傅浩（中安联合煤化有限责任公司，安徽淮南 232090）摘要：锅炉给水系统中高压锅炉水介质具有高温、高压、易汽化等特性，时常造成泵的机械密封失效，严重时导致重大事故发生。结合高压锅炉水泵现场密封冲洗系统、介质成分、机械密封结构等造成密封泄漏的主要因素进行分析，提出相应措施和实用的改进策略。关键词：锅炉给水泵机械密封冲洗方式泄漏故障收稿日期：2023-02-22；收到修改稿日期：2023-05-16。作者简介：傅浩，男，1994 年 10 月出生，本科学历，助理工程师，2018 年毕业于淮南师范学院机械自动化专业，现在中安联合煤化有限责任公司甲醇部从事设备管理工作。联系电话：[phone]；E-mail：。该泵轴承润滑采用甩油润滑，两端密封为机械密封，密封冲洗方式为 PLAN23（API682）。2机械密封的结构形式及用途高压锅炉水泵的轴系在靠近出口侧设置平衡盘，外部平衡管连接进口侧，利用进、出口压差来抵消部分轴向推力，减小泵的轴系轴向窜动，避免水泵叶轮与泵壳之间产生摩擦；转子两端支撑采用水平滑动轴承，非驱动端安装一对背靠背角接触轴承作定位使用。高压锅炉水泵密封的特点是介质通过其内部密封装置，再经过密封腔内的泵送环，进入机械密封冷却器冷却后回到密封腔，再对机械密封进行冲洗的循环过程。此种冲洗方案适用于高温条件下热碳氢化合物、高于 80的热锅炉给水、清洁的非聚合液体等高温工况系统。该方案优点：对介质需求量小、低负载、高效冷却性能、增加流体的汽化余量、提高水的润滑特性等。该方案缺点：对使用的介质有一定局限性，且对介质清洁程度的要求较高，故不可用于易凝结和高黏度的介质1。机械密封内共布置有 4 个静密封点、1 个动密封点，分别为：静环与压盖的静密封；动环与轴套的静密封；压盖与密封腔体的静密封；轴套与轴1682023 年第 46 卷的静密封；机械密封摩擦副的动密封。图 1 为该泵机械密封内部结构示意。图 1机械密封内部结构示意机械密封前 4 处静密封点均为“O”型圈密封，若发生泄漏时，多数是由于机泵在运行过程中磨损、污染、安装损坏、过度压缩等因素导致“O”型圈损坏，若不及时处理，将影响整个设备的安全性能。第5 处为机械密封的端面摩擦副，它主要由动、静环组成，在机泵运行过程中依靠动环高速旋转与静环之间形成液膜，而液膜介质的清洁度、动环补偿机构的可靠性、动静环端面的工艺平整度及材质的耐用性等因素，严重影响机械密封长周期运行时间2。3机械密封故障现象高压锅炉水泵处于锅炉给水系统的源头，下游管网用户较多，在上述密封泄漏部位中，动静环摩擦的动密封为该泵最容易泄漏的薄弱点。自 2019 年 7月投产运行以来，该泵未进行过大修，在日常运行中经常出现机械密封微漏的情况，且泄漏程度随着时间的推移逐渐增大，直至超过泄漏标准对其进行检修更换，但周而复始，这类问题持续发生。该泵机械密封泄漏故障见图 2。图 2机械密封泄漏故障4故障原因分析4.1机械密封冷却器换热效率对端面液膜的影响该泵输送介质为锅炉水，入口压力（绝压，下同）0.358MPa，温度 132，机械密封冲洗液（锅炉水）从泵壳内部输送，经冷却器换热后，对动静环腔进行冲洗，当水压力在 0.358MPa 时，气化温度约 130。机泵启动后，密封端面动静环相对运动，端面摩擦热提升 4050；若机械密封冷却器换热效果不好，冷却后机械密封冲洗液温度大于 80，经动静环端面再加热，易达到该压力下饱和蒸汽温度，产生密封液膜汽化，液膜韧性不足、不稳，从而导致密封动环补偿系统紊乱，动静环局部接触，产生持续振荡和干摩擦，造成动环密封面损坏，并伴随出现泄漏量异常或者刺耳的鸣叫现象。因此这种情况下必须将经过机械密封冷却器的高温介质温度降至密封腔室气压饱和温度以下，才能避免密封端面发生液膜汽化现象。该泵的机械密封冷却器使用蛇形管式换热器，壳程介质走厂内循环水，管程走锅炉水密封液，但由于热交换时循环水水质问题，机泵在运转一段时间后换热器循环水侧易产生结垢情况（图 3），从而严重降低了对流换热能力，造成机械密封冲洗液温度无法达到预期目标。图 3机械密封冷却器循环水侧盘管结垢4.2机泵止推轴承防转结构存在缺陷该泵非驱动端轴承箱轴承防转套依靠外表面嵌入定位销实现轴承外圈防转，此轴承防转套作用对象为 1 对角接触轴承，承受轴系轴向载荷，该泵非驱动端轴承箱结构示意见图 4。在几次机泵发生故障前，巡检发现该泵两端机械密封裸轴处肉眼可见轴窜动，停泵检修发现该泵非驱动端轴承箱末端压盖与外侧角接触轴承外圈有明显摩擦痕迹，原因为轴承防转套定位销脱落，且出现过定位销断裂情况，因此推断防转套定位销本身刚度及安装存在缺陷。在锅炉给水管网系统运行过程中，因用户工艺需求不同，锅炉水用量有差异，在负荷发生大幅波动时，管网系统失衡，造成泵出口压力变化频繁，该泵轴系随泵出口压力出现轴向力变化，致使与轴承防转套一169第 3 期傅浩.高压锅炉水泵机械密封失效原因分析及对策体的定位销受力脱落，该泵轴系窜动，导致机械密封动环弹簧补偿功能超负荷运行，造成机械密封泄漏。图 4非驱动端轴承箱结构示意5改进措施针对机械密封液膜汽化问题，采取了以下改进措施：使用大口径机械密封冷却水管线，增加冷却水流量；改用大容量的机械密封换热器，提高换热效果；增加并联式机械密封换热器，可随时进行换热器切换且便于清理；将动环密封圈改为全氟化“O”型圈，提高高温下的密封补偿性能3；将原机械密封动环光滑端面改为特殊的热流体动压槽端面，增加液膜流动量及韧性（图 5）；选用一股可回收利用的低硬度冷却水替代循环水，解决换热器结垢问题，保持高效的换热效率。图 5动环光滑端面改为沟槽端面形貌针对该泵非驱动端轴承箱止推轴承防转结构存在缺陷问题，分析间接原因为厂区锅炉给水管网系统因用户多，用量不同，管网压力波动，导致该泵轴向力变化频繁，造成轴承防转套定位销脱落，此为管网设计问题，改动难度较大。直接原因是定位销与轴承防转套衔接存在薄弱环节，原定位销直径 4mm，且检修拆装简单，怀疑契合紧度不够，因此决定将原定位销孔扩至 6mm，增粗定位销（图 6），提升定位销刚性，且采用热装方式，提升契合紧度，并优化该泵预防性检修计划，定期进行检查，有效避免了定位销再次受力脱落，机械密封动静环摩擦副工作异常而引起机械密封泄漏。图 6轴承防转销改造实物6运行效果2020 年 2 月至 2021 年 8 月，该泵先后进行 7 次故障检修原因分析，并采取对机械密封动环及“O”型圈改良、机械密封冷却系统改进、轴承部件改造等措施，该泵运行至今已有 2a，除定期进行预防性检修外，未出现机械密封运行故障问题。该泵实现了长周期稳定运行，提高了离心泵运行可靠性，为厂区锅炉水管网稳定持续供给提供了有力保障。7结束语针对高温高压锅炉水泵机械密封动密封部位摩擦副泄漏现象，提出了可供参考的研究意见和改进办法。目前国产离心泵工艺制造较为成熟，机泵选型后出现运行故障问题，应结合工艺生产条件，找出故障源头，同时对密封形式、密封辅助系统、机泵轴系等运行情况进行分析或进行改进，确保机泵在最佳工作条件下正常运转。参考文献1袁帅，刘光辉，赵君昌，等.泵机械密封性能分析和优化改进 J.流程工业，2022（4）：40-42.2郝丽霞.化工离心泵机械密封失效原因分析 J.中国设备工程，2020（3）：143-145.3王敏，赵睿.高温泵机械密封失效分析与改进 J.石油化工设备，2009，38（6）：98-99.ANALYSIS OF MECHANICAL SEAL FAILURE OF HIGH PRESSURE BOILER WATER PUMP（下转第 194 页）1942023 年第 46 卷DURING RAW WATER SUPPLY DISRUPTION Zhang Futing，Liang Jincang，Zhang Ming，Zhang Lei（Ili Xintian Coal Chemical Co.，Ltd.，Yining 835000）Abstract：Themainsourceofrawwateranditsconsumptioninacoal-to-naturalgasprojectwereintroduced.Accordingtothecharacteristicsoftheprocess,waterwithdifferentqualitygeneratedfromtheprocesswasrecoveredforreutilizationaftertakingdifferenttreatmentmeasuresinordertoachievethegoalof“cascadeusageofhighqualityforhighuse，lowqualityforlowuse”andtoreducethewasteofwaterresource.Byanalyzingtheplant-widewaterbalance，watersupplysourceandconsumption，aportfolioofwatersupplyregulationincaseofrawwaterdisruptionwaspresented.Whenrawwatersupplywasoff，thetimeofrestorewastakenintoconsiderationtotaketheoptimaladjustingplantobalancetheproductionandsafeguardthemainchemicalsystematitslargestextendtoachievescientificcoordination，reasonabledistribution,productionoptimization，andthereductionofloss，whichreducedtheimpactofrawwaterdisruptiontoitsminimum，andenhancedthesafetyproductiontoitsmaximum.Key words：rawwatersource；preparationofdemineralizedwater；rawwaterdisruption；consumptionofcirculatingwater；watersavingmeasuresEQUIPMENT AND PROCESS DEVELOPMENT OF VARIABLE HEAT EXCHANGE AREA ISOTHERMAL SHIFT REACTORSun Yan，Xu Jie，Xu Renchun（SINOPEC Ningbo Engineering Co.，Ltd.，Ningbo 315103）Abstract：Theregularisothermalshiftreactorcouldntperformwellduringheatingupintheterminalstageofthecatalyst.Soanewvariableheatexchangeareaisothermalshiftreactorwasdeveloped，aswellastheprocessflowwiththenewreactorformethanolsynthesisfromsyntheticgasofcoalgasification.Thispaperdescribedthecharacteristicsandtheadvantagesofthisprocess，andaimedatprovidingreferenceforprocessselectionofsimilarengineeringdesign.Key words：shiftprocess；isothermalshiftreactor；variableheatexchangeareaFu Hao（Zhongan United Coal Chemical Co.，Ltd.，Huainan 232090）Abstract：Highpressureboilerwaterinboilerfeedwatersystemmaintainsthecharacteristicsofhightemperature，highpressureandbeingeasytovaporize，whichoftenleadtofailureofmechanicalseal，evenseriousaccident.Weanalyzedthemainreasonsofmechanicalfailurefrommechanicalsealwashingsystem，themediumcompositionandthesealstructure，andpresentedrelatedpracticalmeasuresforimprovement.Key words：boilerfeedwaterpump；mechanicalseal；washingmode；leakagefailuredioxidestrippingureaunitsduringtheoperationformanyyears，putforwardsomeoptimizationmeasuresfortheprocesscorrosionpreventioncontrolofcarbondioxidestrippingureaunitsmadeofdifferentmaterials，andanalyzedthekeypointsofprocesscorrosionpreventionduringtheproductionprocess.Key words：carbondioxidestripping；ureaplant；leakage；anti-corrosion；controlmeasures（上接第 166 页）（上接第 169 页）（上接第 175 页）